Comportement thermoélastique orthotrope des stratifiés
Schéma explicatif du calcul des constantes orthotropes d’un stratifié
Les essais mécaniques sur les stratifiés dans le plan ne permettent de relever que 4 constantes élastiques sur les 9 nécessaires à la description complète d’un comportement élastique orthotrope. Pour obtenir les caractéristiques hors-plan, nous utilisons la simulation numérique.
La microtomographie permet d’observer la structure interne des stratifiés. La géométrie du tissage d’un matériau donné est mesurée sur les images obtenues de la microtomographie. On peut alors représenter un volume élémentaire représentatif du matériau sur le logiciel Abaqus. Des conditions aux limites périodiques sont appliquées permettant de tenir compte des mailles voisines, mais en n’en représnetant qu’une seule, diminuant ainsi le temps de calcul.
Différents chargements sont simulés sur le volume élémentaire pour en obtenir les 9 constantes élastiques qui décrivent le comportement orthotrope. Les constantes qui représnetent le comportement dans le plan peuvent être comparées à des mesures expérimentales comme vérification.
Comportement plastique du cuivre
Le cuivre joue un rôle clé puisqu’il est les porteur de l’information électrique. C’est donc de lui que dépend l’intégrité du circuit imprimé. Dans de nombreux cas, les défaillances de circuits imprimés sont dues à une rupture du cuivre suite à des chargements thermiques cycliques. Il est donc primordial de connaître le comportement cyclique du cuivre. Des essais sont réalisés sur la machine de traction Instron E3000 avec le dispositif de corrélation d’images numériques. Enfin un modèle de comportement mécanique est identifié à partir des mesures. Le modèle de Lemaitre-Chaboche a été choisi car il permet de représenter corretement le comportement plastique dui cuivre et son écrouissage cinématique.
Le comportement en fatigue du cuivre est également important pour pouvoir estimer des durées de vie en service. Des chargements cycliques sont réalisés sur le cuivre jusqu’à sa rupture et le comportement en fatigue en est déduit. Un modèle est identifié et permet de calculer des durées de vie en service.
Reconstruction 3D de circuits imprimés
 Coupon de tests reconstruit en 3D à partir de fichiers Gerber |
Les circuits imprimés sont généralement dessinés à l’aide de fichiers au format Gerber. Ces fichiers décrivent un circuit en deux dimensions. Pour les cirucits multicouches, plusieurs Gerber sont nécessaires, chacun décrivant une couche du circuit. Un outil permettant de reconstruire un modèle 3D de circuit imprimé est mis au point par le LEMCI. Les structures 3D reconstituées pourront être exportées vers un logiciel de calcul comme Abaqus pour ensuite simuler la structure choisie, éventuellement réduite pour ne pas dépasser les capacités de calcul.
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Simulation de structures complexes
 (a) Profils de déformations plastiques dans la ligne AA’ après 50 cycles et (b) distribution de la déformation plastique dans le fut de cuivre |
Les propriétés mesurées sur chaque matériau, permettant de décrire son comportement thermoélastique, sont utilisées pour réaliser des simulations sur des configurations stratégiques de circuits imprimés. Les conditions thermomécaniques du circuit en service sont appliquées sur la structure et les résultats obtenus sont des outils pour la conception de futurs circuits. Les informations relevées expérimentalement sur le cuivre quant à son comportement plastique et sa fatigue mécanique sont utiles pour estimer des durées de vie. Les différents moyens disponibles au LEMCI forment un tout cohérent pour l’analyse et la simulation de circuits imprimés.
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